CN1064613C - 用于转向装置的铸铁转向底桥 - Google Patents

Abstract

一种具有一个柱管和一对前叉件的用于转向装置的铸铁底桥，它包括一个在其中限定有一个中心孔的中心区域，该中心孔用于安装该柱管；一对从该中心区域彼此离开向外延伸的支臂，该支臂中分别限定有用来容纳各自的前叉件的孔。每个该支壁具有一个凹腔，该凹腔在该中心孔与一个该孔之间由该支臂的前、后和上壁形成在其下表面上，该上壁比该前壁和后壁更薄。准确地说，该上壁具有的厚度范围为该前和后壁厚度的40～80%左右。

Description

用于转向装置的铸铁转向底桥

本发明涉及一种用于两轮或三轮机动车例如摩托车、小型摩托车等的转向装置中的铸铁底桥。

用于两轮机动车例如摩托车、小型摩托车等的转向装置具有一个作为一个组件的底桥，该底桥在其中央与一个柱管的下端相连接并且具有一对彼此隔开的孔，在该中央的各端各限定一个孔用来安装各自的前叉件。该底桥需要有足够的强度以承受当两轮机动车转弯时通过前叉件传递的扭转载荷或应力。为此，通常使用对提供所要求的机械强度有利的锻造方法来制造底桥。

该底桥还具有一对从与该柱管相连接的中心区域彼此离开向外延伸的支臂。该支臂分别具有一个预定宽度的凹腔，该凹腔由前、后和上壁形成在其下表面上并且具有一个向下开口的槽形剖面。

虽然锻造的底桥具有足够的机械强度，但是锻造方法相对比较复杂并且费时，机械加工锻造的底桥也比较困难。另外一个缺点是锻造的底桥的总重量较大。

一个解决办法是使用比较简单的铸造方法来制造底桥。虽然铸造的底桥的重量较轻，但它们只具有较小的扭转断裂角和扭转刚度并且当两轮机动车的骑手在驾驶和转弯时，不能给予两轮机动车的骑手与由锻造底桥所能提供的感觉相当的感觉。

附图中的图1示出了用相当于钢S35C的钢制成的锻造底桥和用相当于铸铁FCD450制成的铸造底桥的扭转断裂角与扭转刚度之间的关系，该图是在该中心区域被固定，该底桥承受围绕其一个支臂作用的扭矩的条件下测量的。特征曲线F₀代表一个常规的锻造底桥，该底桥具有在其各个支臂中由前、后和上壁所限定的凹腔，每个臂的厚度均为8毫米左右。特征曲线D₁代表一个铸造底桥，该底桥具有在其各个支臂中由前、后和上壁所限定的凹腔，每个壁的厚度均为8毫米左右。特征曲线D₂代表一个铸造底桥，该底桥具有在其各个支壁中由前、后和上壁所限定的凹腔，每个壁的厚度均为10毫米。特征曲线D₃代表本发明的一个铸造底桥，该底桥将在下面描述。

当摩托车在正常情况下运行时，底桥(一个支臂)将承受最高到50公斤·米的扭矩。示于图1中的测量数据表明，在这样的扭矩范围内，用特征曲线D₁代表的铸造底桥具有较大的扭转断裂角，因而与特征曲线F₀代表的锻造底桥相比，能给骑手以柔和得多的感觉。由特征曲线D₂代表的铸造底桥具有较小的扭转断裂角因而与特征曲线F₀代表的锻造底桥相比，它给骑手以硬得多的感觉。对用特征曲线F₀代表的锻造底桥来说，其扭转断裂角为55度，其扭转强度为300公斤·米。

因此本发明的目的在于提供一种用于两轮机动车例如摩托车、小摩托车等的转向装置中的底桥，该底桥加工容易，具有较轻的重量和所要求的机械强度，并且在转向操作时能给出相当于锻造底桥所提供的感觉。

根据本发明，提供了一种具有一个柱管和一对前叉件的用于转向装置的铸造底桥，该底桥包括一个在其中限定有一个中心孔的中心区域，该中心孔用于安装该柱管，一对从该中心区域彼此离开向外延伸的支臂，该支臂中分别限定有用来安装各自的前叉件的孔，每个该支臂具有一个凹腔，该凹腔在该中心孔与其中一个该孔之间由该支臂的前壁、后壁和上壁限定在其下表面上，该上壁比该前壁和后壁更薄。

该上壁所具有的厚度范围为该前和后壁的厚度的约40～80％。该支臂和该中心区域都可用与日本工业标准中标记为FCD380、FCD450或FCD550相当的可锻(球墨)铸铁制成。

该铸造底桥还可包括一个由低碳钢制成的柱管，该柱管的一端插过该孔并且有一个从该底桥中伸出的角隅，并且通过电弧焊形成的韧性焊缝连接在该底桥上。

该角隅可以通过该韧性焊缝与该底桥相连接，该焊缝是使用一种具有比该底桥的焊接熔点更低的铜基焊丝通过电弧铜焊而形成的。或者，该角隅可以通过该韧性焊缝与该底桥相连接，该焊缝是使用一种镍基焊丝通过电弧焊而形成的。

本发明的上述和其他目的、细节及优点通过下面的较佳实施例的详细介绍，连同参考附图将可一清二楚。

图1是示出常规的底桥和本发明的底桥的扭转断裂角与扭转刚度之间的关系曲线；

图2是摩托车的转向装置的局部透视图，其中包括本发明一个实施例的铸铁底桥；

图3是示于图2的该铸铁底桥的平面图；

图4是图2所示铸铁底桥的局部剖开的侧视图；

图5是沿图3的Ⅴ-Ⅴ线截取的剖面图；

图6是与图5相类似的示出一个常规底桥的剖面图；

图7是示出与FCD450相当的可锻铸铁的底桥的扭转刚度如何随该底桥的壁厚的变化而变化的曲线图；

图8是示出与FCD450相当的该可锻铸铁的底桥的扭转断裂角如何随该底桥的壁厚变化而变化的曲线图；以及

图9是本发明另一较佳实施例的一个铸铁底桥的剖视图。

如图2所示，诸如摩托车、小型摩托车等两轮机动车都具有一根可转动地插入在车架1的前部的上部管2中的柱管3，该柱管的下端与在底桥4中所限定的中心孔5相配合并且牢固地连接在底桥4上。底桥4具有一对从限定中心孔5的中心区域彼此离开的向外延伸的支臂6(也请参阅图3)。支臂6中分别限定有用来安装各自的前叉件9的孔7，两轮机动车的前轮由该前叉件可转动地支承着。

如图4和5中所示，支臂6分别具有一个预定宽度的凹腔8，该凹腔由前、后和上壁8a，8b和8c限定在它们的下表面并且具有一个向下开口的槽形剖面。凹腔8位于中心孔5与孔7之间。

图6示出了一个由钢例如S35C制成的常规的锻造底桥。如图6中所示，该常规的锻造底桥的每个支臂具有一个预定宽度的凹腔51，该凹腔由支臂的前、后和上壁51a、51b、51c限定在壁6的下面并且具有一个向下开口的槽形剖面。该前、后和上壁51a、51b、51c具有相等的厚度，例如约8毫米。该常规的锻造底桥的重量约1602克。

根据本发明，底桥4由铸铁制成并且每个凹腔8具有与常规的锻造底桥不同的剖面形状，以便减少底桥的重量，增加扭矩围绕支臂6的轴线p(见图3)作用时的扭转断裂角(即在该扭转角下，支臂6将断裂)和扭转刚度(即在该扭转载荷下，支臂6将断裂)，并且当骑手驾驶和操纵该两轮机动车时带给他的感觉与骑上装有锻造底桥的摩托车的感觉相当。该由铸铁制成的底桥4重量较轻，并且随后的机械加工也很容易。

图7示出了当扭转载荷围绕支臂的轴线P以每分钟30度的扭转速率作用时，用相当于铸铁FCD450的可锻(球墨)铸铁制成的底桥试验件在上壁8c对前和后壁8a、8b的不同比值下的试验件的扭转刚度。在图7中，垂直轴线代表扭转刚度，水平轴线代表上壁8c的厚度(B)对前和后壁8a，8b的厚度(A)的比值(B／A)。图8示出了当扭转载荷围绕支臂的轴线P以每分钟30度的扭转速率作用时，该同样的底桥试验件在上壁8c对前和后壁8a，8b的不同比值下的扭转断裂角。在图8中，垂直轴线代表扭转断裂角，水平轴线代表上壁8c的厚度(B)对前和右壁8a，8b的厚度(A)的比值(B／A)。底桥试验件的各凹腔8具有基本上相同的剖面积。

扭转载荷围绕支臂的轴线P作用，因为当骑手用手柄驾驶两轮机动车时有同样类型的扭转载荷通过前叉件作用在底桥4上。

从图7和8中所示的测量数据可以看出，当上壁8c的厚度(B)对前和后壁8a、8b的厚度(A)的比值(B／A)在40～80％的范围内时，该扭转刚度约为190公斤·米或更大，而该扭转裂角约为170度或更大。所以，如果比值(B／A)在40～80％的范围内，铸铁底桥的机械强度是令人满意的。也已证实，如果比值(B／A)处在40～80％的范围内，两轮机动车的骑手在驾驶过程中就会感觉良好。

业已发现，如果比值(B／A)小于40％，这样就很难用铸造来制造底桥，并且扭转强度和扭转断裂角也太小，从而在上壁8c内将开始产生裂纹，导致底桥的机械强度不能达到所要求的水平。

也已发现，如果比值(B／A)大于80％，此时扭转强度和扭转断裂角太小，以致不能达到所要求水平的机械强度。在这种情况下，裂纹将在前壁8a的下端或在后壁8b的下端开始发生，当在扭矩作用下受到扭转时由于最大拉伸应力作用在该下端上，该裂纹将扩大。

鉴于本发明的上述发现，前和后壁8a、8b的厚度A应选择成基本上彼此相等，而上壁8c的厚度B应选择为前和后壁8a、8b的厚度A的40-80％。

这样构成的底桥4在扭矩围绕支臂的轴线P作用时就具有更大的扭转断裂角和扭转强度，并且能给骑手在机动车转向操作时以改善的感觉。关于为什么通过使上壁8c的厚度小于前和后壁8a、8b的厚度A就能使扭转断裂角和扭转强度增加的原因可以认为是，当扭转力作用在该底桥4上时，该底桥4在该扭转力作用下的弹性变形的能力增加，因而能进行更大的弹性变形，从而延缓了在扭转力作用下裂纹的发生。

用相当于铸铁FCD450的可锻(球墨)铸铁制成的底桥试验件作试验所测量的数据示于图7和8中。业已证实，用相当于铸铁FCD380和FCD550的可锻(球墨)铸铁制成的底桥试验件也能产生类似的试验数据。

本发明的底桥的具体的实施例将在下面介绍。

主要的底桥样品用相当于铸铁FCD450的可锻(球墨)铸铁制成，其重量为1476克。该主要的底桥样品在中心孔5和孔7之间的前和后壁的厚度为10毫米，上壁的厚度为6．5毫米。

辅助的底桥样品用相当于铸铁FCD450的可锻(球墨)铸铁制成，其重量为1468克、该辅助的底桥样品在中心孔5和孔7之间的前壁厚度为10毫米，后壁的厚度为9毫米，上臂的厚度为5．5毫米。该辅助的底桥样品在图1中用特征曲线D3表示。

主要的和辅助的底桥样品都通过围绕支臂的轴线P作用以每分钟30度的扭转速率的扭转载荷进行了其扭转断裂角、扭转刚度的试验和在转向操作时所能给出的感觉的试验。同时该底桥样品的中心区域被固定就位。对于该主要的底桥样品，其扭转断裂角为18度，而扭转强度为203公斤·米，对于该辅助的底桥样品，其扭转断裂角为19度而扭转强度为216公斤·米。这些扭转断裂角和扭转强度都高于预定的水平。也业已证实，该主要的和辅助的底桥样品都能给两轮机动车的骑手以与预定标准相当的感觉。从图1可以了解到，用D3代表的辅助的底桥样品的扭转断裂角和扭转强度基本上与常规的锻造的底桥的扭转断裂角和扭转强度相同，并且用D3代表的辅助的底桥样品能提供给进行转向操作的两轮机动车骑手的感觉与由常规的锻造的底桥在通常的两轮机动车运行条件下(此时作用的扭矩最高为50公斤·米)所给出的感觉相同。

因此该辅助的底桥样品在重量和机械强度方面比该主要的底桥样品更佳。

图9示出了本发明的另一个实施例的铸铁底桥10。如图9中所示，用可锻(球墨)铸铁制成的铸铁底桥10具有在其中心区域限定的中心孔11和从该中心区域彼此离开的向外延伸的支臂12。支臂12中分别限定有用来安装各自的前叉件的孔13，该两轮机动车的前轮可转动地支承在该前叉件上。中心孔11中安装了柱管14的下端。柱管14用低碳钢例如STAM40G钢制成。为把柱管14连接到底桥10上，柱管14的下端压入配合到中心孔11中直到柱管14的末端从中心孔11的下端伸出稍许为止。然后用电弧焊把凸缘形焊缝15形成在围绕柱管14下端的伸出角偶处。

该焊缝15很韧性以致不会由于来自底桥10的碳的进入而变脆，因此不会产生焊缝裂纹。例如，当柱管14的下端的伸出角偶使用一种具有比底桥10的焊接熔点低的铜基焊丝通过电弧铜焊相连接时，则可以形成韧性的焊缝15，因为没有碳从底桥14进入其中。另外一个办法是，当柱管14的下端伸出的角偶使用一种镍基焊丝通过电弧焊来连接时，也可以形成韧性的焊缝15，因为即使碳从底桥14进入焊缝15中，但镍是韧性的，因此该韧性的焊缝15将不会由于脆性而产生焊缝裂纹。

本发明的底桥不局限于在两轮机动车中使用，它还可以在具有类似转向装置的三轮机动车等中使用。

虽然上面已经介绍了我们目前认为是本发明的几个较佳实施例，但应当指出，在不脱离本发明的主要特征的情况下，本发明还可以用其他具体形式来体现。因此，现有实施例在所有方面都应被看作是说明性的而不是限制性的。本发明的范围通过后附的权利要求而不是上述说明来表示。

上面记载的FCD380、FCD450及FCD550是日本工业标准(JIS)中的可锻(球墨)铸铁的标记。例如，可锻铸铁FCD450相当于美国材料试验标准(ASTM)中的可锻铸铁65-45-12。FCD450可锻铸铁的屈服点为≥280N／mm²，抗拉强度为≥450N／mm²，其硬度为HBS143～217，其组织为铁素体-珠光体混合组织。可锻铸件FCD380和FCD550具有与FCD450相近似的特性。

Claims (6)

1．一种具有一个柱管和一对前叉件的用于转向装置中的铸铁底桥，包括：

一个在其中限定有一个中心孔的中心区域，该中心孔用于安装该柱管；

一对从该中心区域彼此离开向外延伸的支臂，该支臂中分别限定有用来安装各自的前叉件的孔；

每个该支臂具有一个凹腔，该凹腔在该中心孔与其中一个该孔之间由该支臂的前壁、后壁和上壁形成在其下表面上；

其特征在于，该上壁比该前壁和后壁更薄。

2．如权利要求1所述的铸铁底桥，其特征在于：该上壁具有的厚度范围为该前和后壁的厚度的40-80％左右。

3．如权利要求1所述的铸铁底桥，其特征在于：该中心区域和该支臂都用相当于日本工业标准中标记为FCD380、FCD450或FCD550的可锻(球墨)铸铁制成。

4．如权利要求1所述的铸铁底桥，其特征在于：该底桥还包括一个由低碳钢制成的柱管，该柱管的一端插入该中心孔中并且有一个从该底桥伸出的角隅，利用通过电弧焊所形成的韧性焊缝将其连接在底桥上。

5．如权利要求4所述的铸铁底桥，其特征在于：该角隅可以通过该韧性焊缝与该底桥相连接，而该焊缝是使用一种具有比该底桥的焊接熔点低的铜基焊丝通过电弧铜焊而形成的。

6．如权利要求4所述的铸铁底桥，其特征在于：该角隅通过该韧性焊缝与该底桥相连接，而该焊缝是使用一种镍基焊丝通过电弧焊而形成的。

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